DE2626841A1 - Einkristallines, halbleitendes cadmiumtellurid und seine verwendung - Google Patents
Einkristallines, halbleitendes cadmiumtellurid und seine verwendungInfo
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Description
Einkristallines, halbleitendes Cadmiumtellurid und seine
Verwendung
Die Erfindung betrifft Cadmiumtellurid mit einer Kompensation durch Magnesium oder Beryllium, das für die Herstellung
von Infrarot-Fenstern oder für Quantendetektoren Verwendung findet. Es ist gegebenenfalls dotiert.
Man weiß, daß man zur Verwendung von Cadmiumtellurid als Infrarot-Fenster oder als Ouantendetektor über ein Material
mit hohem spezifischem Widerstand verfugen muß, d, h. über ein Material mit einer sehr geringen Konzentration
an freiem Träger.
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- 2 - 26268A 1
Werden für Infrarotstrahlung durchlässige Fenster für Hochleistungs-CO
-Laser verwendet, ist es unerläßlich, daß diese Fenster so wenig wie möglich absorbieren: Die Absorption
steht in direktem Zusammenhang mit der Konzentration an freiem Träger, die demzufolge sehr klein sein muß, da
selbst eine geringe Absorption zu einer starken Erwärmung und asu einer Zerstörung dieser Fenster bei modernen Hochleistungs-C02-Pulslasern
führen würde.
Was die Quanten- oder Teilchendetektoren betrifft, z.B. die Festionisationskammern, in denen ein Halbleiterkristall
sandwichartig zwischen zwei Elektroden gebracht ist, muß ein Halbleiter von hohem spezifischem Gewicht und hohem
spezifischem Widerstand verwendet werden, so daß der Streuoder Kriechstrom nicht sehr ins Gewicht fällt und sich unter
dem Einfluß bestimmter Strahlungen, z.B. Röntgen- oder Gammastrahlen, Elektronen-Loch-Paare bilden, die sich durch
eine Änderung des Stroms zwischen den Elektroden verschieben, so daß der Halbleiter hinreichend gut ist, damit das
Elektronen-Loch-Paar nicht durch Rekombination aufgrund der Wanderung durch den Kristall wieder beseitigt wird.
Das Cadmiumtellurid kann durch Lösungsmittelkristallisation von Tellur nach dem Zonentransportverfahren oder durch Einengen
einer Lösung hergestellt werden. Unter diesen Bedingungen ist das erhaltene Material vom p-Typ; seine Konzentration
an freiem Träger im Falle von Cadmium-Fehl- oder Störstellen ist für die beabsichtigten Anwendungen noch zu
groß.
In der französischen Patentschrift Nr. 73 17261 wird beschrieben, wie die Konzentration an freiem Träger
unter Verwendung geeigneter Dotierungsmittel, insbesondere von Chlor, das in Form von Cadmiumchlorid in das Rad zum
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Züchten der Kristalle eingebracht ist, kompensiert werden kann.
Die Konzentration an Dotierungsmittel im Kristall ist dann in der Größenordnung der Konzentration an zu kompensierenden
Störstellen des Cadmiums, d.h. bei einigen 10 ' Atomen/cm . Diese Konzentration ist umso höher, je höher
die Arbeitstemperatur ist. Auf jeden Fall ist es von Vorteil, die Dotierungsmittel in weniger bedeutender Konzentration
einzubringen, um bestimmte elektronische Eigenschaften des Materials zu verbessern. Beispielsweise kann die
Kristallisation bei tiefer Temperatur durchgeführt werden, was die Zahl der Cadmium-Störstellen verringert, also auch
die Konzentration des erforderlichen Dotierungsmittels, dies ist aber unter dem Gesichtspunkt der Wachstumskinetik
wegen der niederen Kristallisationstemperatur wenig vorteilhaft (langsame Kristallisation).
Erfindungsgemäß wird ein neues Material geschaffen, und zwar ein Material auf der Grundlage von Cadmiumtellurid
und eines anderen Materials, entweder aus Magnesium oder aus Beryllium, wobei die Konzentration an Metallstörstellen
dieses Materials viel kleiner ist als im Falle des Cadmiumtellurids alleine.
Im Hinblick auf die zuvor erwähnten Anwendungsmöglichkeiten besteht das erfindungsgemäße Material aus Cadmiumtellurid,
kompensiert durch wenigstens eines der Metalle Beryllium oder Magnesium; der Maximalgehalt dieser Metalle liegt bei
20 3
höchstens 5 · 10 Atomen/cm . Das erfindungsgemäße Material
kann außerdem wenigstens ein Dotierunrrsmittel aus der Gruppe der Chloride des Cadmiums, Zinks, Magnesiums,
Berylliums und Aluminiums enthalten.
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Die Konzentration an Dotierungsmitteln, die erforderlich sind, um die Kompensation zu erreichen, liegt weit unter
derjenigen, die für die Kompensation des Cadmiumtellurids alleine notwendig ist, wobei alle sonstigen Faktoren gleich
sind· Im Falle des durch Magnesium oder Beryllium kompensierten Cadmiumtellurids verringert eine geringe Konzentration
an Magnesium oder Beryllium den Gehalt an Metallstörstellen beträchtlich, wenn dieses ternäre Material in
Tellurlösung unter Bedingungen erarbeitet wird, die denen der Herstellung des binären Materials allein entsprechen.
Der Ionenradius des Magnesiums, das mit Cadmium isoelektronisch ist, ist kleiner als der des Cadmiums, was das Einführen
von Magnesium in das Cadmiumtelluridgitter erleichtert. Die geringe Konzentration an freiem Träger, die sich daraus
ergibt, hat zur Folge, daß die Solidus-Linie, die den Bereich
des Bestehens ternären Materials Cadmium-Magnesium-Tellur von der Seite des Tellurs im Phasengleichgewichtsdiagramm
bestimmt, sich der pseudo-binären Schnittebene des
streng stöchiometrischen Cadmiutn-Tellur-Magnesium-Tellur nähert; ein analoges Ergebnis kann erzielt werden, wenn das
Magnesium durch Beryllium ersetzt wird, das ebenfalls mit Cadmium isoelektronisch ist und dessen Ionenradius noch
viel kleiner ist als der des Magnesiums.
Beim erfindungsgemäßen Produkt ist der Maximalgehalt an Ma-
20 % gnesium oder Beryllium 5 · 10 Atome/cm^. Beim Verfahren
zur Herstellung dieses Produkts kann man die Technik der Lösung seinengung anwenden, wobei die Beschickung aus Cadmium,
Magnesium (oder Beryllium) oder Magnesium-Cadmium-Legierung (oder Cadmium-Beryllium-Legierung), Tellur und Dotierungsmittel besteht.
Auch läßt sich die Technik des Transports einer Zone des Tellurs mit einem Gehalt an Dotierungsmittel und Magnesium
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(oder Beryllium) anwenden, wobei der polykristalline, durch
die Lösungszone gezogene Barren selbst aus ternärem Cadmium-Magnesium-Tellur
besteht. Diese ternäre Legierung kann zuvor nach einer klassischen Technik unter Einsatz eines
Bridgman-Ofens hergestellt worden sein.
Im Falle der Anwendung des Verfahrens der Lösungseinengung
oder im Falle des Verfahrens des Lösungszonentransports kann das Magnesium (oder das Beryllium) in reiner Form oder
in Form einer Legierung mit dem Cadmium eingesetzt werden; die Reinigung dieser Legierung erfolgt leicht durch Zonenschmelzen.
Das Dotierungsmittel ist ein Halogenid, insbesondere ein Chlorid des Cadmiums, Zinks, Magnesiums, Berylliums
und in bestimmten Fällen auch des Aluminiums.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wird in eine innen
graphitierte Quarzampulle folgende Beschickung eingebracht:
g Cadmium
942 g Tellur
942 g Tellur
10 g Magnesium-Cadmium-Legierung mit 70 Atom-% Cadmium
500 mg Cadmiumchlorid.
Die Ampulle wird unter Argonvakuum versiegelt und dann in einen Bridgman-Ofen des bekannten Typs gebracht.
Die Ampulle wird auf eine solche Temperatur gebracht, daß die Beschickung vollkommen flüssig wird, d.h. auf eine Temperatur
über 967 °C. Dann wird sie langsam mit 0,3 mm/h
so bewegt, daß eine gleich-gerichtete Kristallisation ausgehend von einem Ende der Ampulle erhalten und der Überschuß
an Lösungsmittel im Falle von Tellur zum anderen Ende zurückgeführt wird.
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Der erhaltene Kristall hat einen spezifischen Widerstand über 10 Q*cm. Er vermag in vollkommener Weise z.B. ebenso
einen Nukleardetektor wie ein Infrarot-Fenster zu verwirklichen. Die Durchlässigkeit für Photonen liegt nahe
bei 100 % im Bereich von 2,5 bis 17 um, was die Verwendung des Materials als Infrarot-Fenster rechtfertigt.
Es ist ein Wert lokaler Infrarotabsorption bei 20 μm festzustellen,
was für das Vorhandensein von Magnesium im Kristall charakteristisch ist.
Bei einem zweiten Beispiel der Kristallisation durch Tellurzonentransport
wird zuerst ein polykrxstalliner Barren hergestellt.
Hierzu wird in eine innen graphitierte Quarzampulle folgende Beschickung eingebracht:
255,2 g Te
222,5 g Cd
0,5 g Mg
entsprechend der Zusammensetzung:
CdO,495* MgO,OO5» TeO,5 '
die vollkommen flüssig ist und sich auf einer Temperatur etwas über IO9O C befindet. Die Ampulle mit einem Durchmesser
von 25 mm und einer Länge von 125Ο mm wird unter Argonvakuum
versiegelt und dann in einen Ofen gebracht. Die Beschickung wird auf eine Temperatur über 1090 0C gebracht und dann abgekühlt
.
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Dann wird eine Rekristallisation durch Zonentransport durchgeführt,
wo der zuvor erhaltene polykristalline Barren von
seiner Quarzampulle befreit und sodann in eine zweite Ampulle eingebracht wird, an deren Ende 30 g Tellur, mit 10 mg
Magnesiumchlorid versetzt, zuvor eingebracht worden war.
Die Ampulle wird unter Argonvakuum versiegelt, dann wird die Lösungsmittelzone von einem Ende des Barrens bis zum anderen unter der kombinierten Einwirkung eines Ofens und einer Ver schiebung relativ zum Ofen und zur Ampulle verschoben. Die
Wachstumsgeschwindxgkeit liegt bei 0,3 mm/h und die Ofentemperatur bei 9OO 0C.
seiner Quarzampulle befreit und sodann in eine zweite Ampulle eingebracht wird, an deren Ende 30 g Tellur, mit 10 mg
Magnesiumchlorid versetzt, zuvor eingebracht worden war.
Die Ampulle wird unter Argonvakuum versiegelt, dann wird die Lösungsmittelzone von einem Ende des Barrens bis zum anderen unter der kombinierten Einwirkung eines Ofens und einer Ver schiebung relativ zum Ofen und zur Ampulle verschoben. Die
Wachstumsgeschwindxgkeit liegt bei 0,3 mm/h und die Ofentemperatur bei 9OO 0C.
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Claims (4)
1. Monokristallines, halbleitendes Cadmiumtellurid mit hohem spezifischem Widerstand, dadurch gekennzeichnet,
daß es wenigstens eines der Metalle Beryllium und Magnesium enthält.
2. Cadmiumtellurid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehalt an Beryllium und/oder Magnesium
20 1^
unter 5 " 10 Atomen/cm liegt.
3· Cadmiumtellurid nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß es außerdem ein Dotierungsmittel aus der Gruppe der Chloride des Cadmiums, Zinks,
Magnesiums, Berylliums und Aluminiums enthält.
4. Verwendung des Cadmiumtellurids gemäß einem der Ansprüche
1 bis 3 zur Herstellung von Infrarot-Fenstern,
5« Verwendung des Cadmiumtellurids gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von Quantendetektoren.
Applications Claiming Priority (1)
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| FR7519262A FR2314759A1 (fr) | 1975-06-19 | 1975-06-19 | Tellurure de cadmium compense au magnesium ou au beryllium eventuellement dope et ses applications |
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